Universal Robot ROS2 Driver

Le Driver ROS2 pour les cobots Universal Robot a été développé en collaboration entre Universal Robots, le Forschungszentrum für Informatik (INRIA allemand) et PickNik Robotics. Plus précisément par nos voisins de Karlsruhe, en particulier Felix Exner (https://github.com/fmauch)). Le FZI est également à l'origine d'une proposition d'interface ROS standard pour les trajectoires Cartésiennes, qui est désormais implémentée dans les contrôleurs ROS Cartésiens d'Universal Robots. La proposition repose sur un état de l'art très intéressant des interfaces de programmation des marques de robot majeures.

Installation des paquets UR pour ROS2

Réaliser l'installation de ROS2.
Installer les paquets ros2 de Universal Robots

sudo apt install ros-humble-ur

Installer rosdep pour installer automatiquement les paquets Debian dont dépendent les paquets ROS

sudo apt install python3-rosdep

Si vous avez plusieurs versions de ROS2 installées, vérifiez que vous avez "sourcé" la bonne version de ROS2
Mettre à jour les paquets dont ROS2 et les paquets UR dépendent

sudo rosdep init
rosdep update
sudo apt update
sudo apt dist-upgrade

Installation du simulateur hors-ligne URSim

https://github.com/UniversalRobots/Universal_Robots_ROS2_Driver#getting-started

https://github.com/UniversalRobots/Universal_Robots_ROS2_Driver#install-from-binary-packages

Le moyen le plus simple de découvrir et commencer à utiliser un robot UR avec ROS2 est d'utiliser la simulation de la console de programmation (teach panel) de son contrôleur. URSim est le simulateur hors-ligne de Universal Robots. Il permet de reproduire le comportement réel d'un robot quasiment à l'identique en se connectant à son adresse IP. Il est possible d'installer URSim 5 sur un Ubuntu <18 (non inclus!) ou dans une machine virtuelle (VirtualBox). Il faut se créer un compte pour télécharger le fichier URSim 5.13. Ubuntu 18 n'est plus supporté, et MoveIt2 tourne sur Ubuntu 22.

Sur Ubuntu 22

En attendant la sortie de URSim/Polyscope 6, la manière la plus simple d'installer URSim 5 sur Ubuntu 22 est via conteneur Docker créé par UR Lab (pas maintenu officiellement).

Installer Docker

Depuis les dépôts officiels Ubuntu :

sudo apt update
sudo apt install docker-compose

Ajouter votre utilisateur au groupe docker afin de manipuler les containers sans avoir à utiliser sudo systématiquement :

sudo usermod -aG docker $USER

Tester la bonne installation :

sudo service docker start
docker run hello-world

Installer le conteneur URSim

On suit le tutoriel fourni dans la documentation du driver UR ROS. Il existe une image docker fournie sur hub.docker.com, c'est très simple :

Télécharger l'image docker

docker pull universalrobots/ursim_e-series

Lancer l'image sur 192.168.56.101 avec l'URCap external_control préinstallé. Les programmes installés et les changements d'installation seront stockés de manière persistante dans ${HOME}/.ursim/programs. Par exemple -m ur5e

ros2 run ur_robot_driver start_ursim.sh -m <ur_type>

Ouvrir l'interface URSim en suivant les instructions qui s'affichent dans la fenêtre de terminal
1. Voir URSim en utilisant une application VNC, en se connectant à 192.168.56.101:5900
2. Voir URSim en utilisant une application serveur web VNC http://192.168.56.101:6080/vnc.html

Sur Windows 10/11

Pour les systèmes non-Linux, UR fournit une VM LUbuntu 14.04 qui peut tourner sous VirtualBox (gratuit) ou sur VMware (gratuit pour usage non commercial).

Installer VirtualBox

Télécharger et configurer la Machine Virtuelle

Télécharger l'archive de la VM sur seafile ou en créant un compte chez UR
Extraire l'archive dans C:\Users\user\VirtualBox VMs\URSim_VIRTUAL-5.13.1.1131001
Dans l'interface VirtualBox cliquer sur Ajouter
Sélectionner le Fichier machine virtuelle (.vbox) C:\Users\user\VirtualBox VMs\URSim_VIRTUAL-5.13.1.1131001\URSim_VIRTUAL-5.13.1.1131001.vbox
La VM est entièrement préconfigurée, il suffit de la lancer
Lancer URSim pour l'UR5e
Démarrer le robot en cliquant sur le bouton d'allumage "Power"
Pour éteindre le robot
Ou simplement éteindre la VM

Ajouter l'URCap External Control

Installer Terminator qui permet de faire des copier-coller
sudo apt install terminator
Se placer dans le dossier d'échange qui fonctionne comme une clé USB
cd /home/ur/ursim-current/programs.UR5
Lancer Terminator et télécharger le fichier .urcap
wget https://github.com/UniversalRobots/Universal_Robots_ExternalControl_URCap/releases/download/v1.0.5/externalcontrol-1.0.5.urcap
Démarrer URSim, ajouter l'URCap et redémarrer URSim
Configuer l'IP de la VM ROS pour l'autoriser à prendre le contrôle externe

Configurer le réseau pour que les VMs communiquent

Créer un réseau NAT dans les outils réseau
Laisser la config par défaut
Configurer chaque VM qui doit communiquer en Réseau NAT, par défaut elles seront en DHCP sur le réseau 10.0.2.0/24
Récupérer l'adresse IP de la VM URSim avec ip a, ici 10.0.2.15
Tester la communication de la VM ROS vers la VM URSim avec ping 10.0.2.15

Programmation hors-ligne avec URSim et MoveIt2/RViz

Réaliser l'installation de ROS2.

Installer rosdep pour installer automatiquement les paquets Debian dont dépendent les paquets ROS

sudo apt install python3-rosdep

Si vous avez plusieurs versions de ROS2 installées, vérifiez que vous avez "sourcé" la bonne version de ROS2
Mettre à jour les paquets dont ROS2 dépend

sudo rosdep init
rosdep update
sudo apt update
sudo apt dist-upgrade

Installer colcon qui est le système de compilation de ROS2 avec mixin.

sudo apt install python3-colcon-common-extensions
sudo apt install python3-colcon-mixin
colcon mixin add default https://raw.githubusercontent.com/colcon/colcon-mixin-repository/master/index.yaml
colcon mixin update default

NOTES IMPORTANTES

si vous utilisez Linux Mint 21.1 VERA (Mate ou Cinammon, basée sur Ubuntu 22 Jammy), il faudra toujours préciser la version d'Ubuntu `--os=ubuntu:jammy` dont on veut récupérer les paquets avec la commande `rosdep` :

sudo apt update && rosdep install -r --from-paths . --ignore-src --rosdistro $ROS_DISTRO -y --os=ubuntu:jammy

Si vous travaillez dans une VM d'un ordinateur ayant moins de 20GO de RAM (WSL par exemple). Ou sur un ordinateur Ubuntu ayant moins de 10GO de RAM, il faudra lancer la compilation `colcon` sans parallélisation des tâches (1 paquet compilé à la fois) `--parallel-workers 1` :

colcon build --mixin release --parallel-workers 1

Déploiement du code source des Tutoriels de MoveIt

Créer un répertoire de travail "workspace" pour la compilation du projet avec colcon

mkdir -p ~/ws_moveit2/src

Se déplacer dans le workspace colcon et récupérer le code source des tutoriels MoveIt :

cd ~/ws_moveit2/src
git clone https://github.com/ros-planning/moveit2_tutorials -b humble --depth 1

Optionnel : Installation d'un environnement de développement MoveIt2 avec les dernières améliorations et résolutions de bug

Installation de MoveIt2 Humble sur Ubuntu 22.04 :

Installer vcstool qui est un outil Python pour gérer les dépôts git composant un paquet ROS.

sudo apt install python3-vcstool

Récupérer les autres dépôts git de MoveIt2 dont dépend moveit2_tutorials

cd ~/ws_moveit2/src
vcs import < moveit2_tutorials/moveit2_tutorials.repos

Note : si `vcs import` vous demande vos identifiants GitHub, tapez Entrer jusqu'à ce que ça continue. Pas besoin d'identifiant pour récupérer un dépôt GitHub public.

Installation des dépendances et compilation

Installer les dépendances ROS2 Humble (paquets debian stables).

sudo apt update && rosdep install -r --from-paths . --ignore-src --rosdistro $ROS_DISTRO -y

Compiler MoveIt Tutorials (20+ minutes si vous avez choisi de déployer l'environnement de développement)

cd ~/ws_moveit2
colcon build --mixin release

Sourcer les paquets compilés :

cd ~/ws_moveit2
source ~/ws_moveit2/install/setup.bash

Optionnel, si vous utilisez principalement ce workspace : Sourcer automatiquement le workspace colcon au lancement d'un Terminal

echo 'source ~/ws_moveit2/install/setup.bash' >> ~/.bashrc

Tester la communication entre ROS et URSim

https://docs.ros.org/en/ros2_packages/rolling/api/ur_robot_driver/usage.html#usage-with-official-ur-simulator

Lancer URSim, par exemple avec un UR5e

ros2 run ur_robot_driver start_ursim.sh -m ur5e

Ouvrir l'interface URSim dans le navigateur : http://192.168.56.101:6080/vnc.html --> cliquer sur Connect
Faire tourner le driver UR ROS2

ros2 launch ur_robot_driver ur_control.launch.py ur_type:=ur5e robot_ip:=192.168.56.101

Si vous bougez le robot dans URSim vous le verrez bouger dans RViz.

https://docs.ros.org/en/ros2_packages/rolling/api/ur_robot_driver/usage.html#example-commands-for-testing-the-driver

Envoyer des commandes au contrôleur

Avant d'envoyer des commandes, vérifier l'état des contrôleurs en utilisant ros2 control list_controllers

Envoyer un objectif (goal) au contrôleur de trajectoire articulaire (Joint Trajectory Controller) en utilisant le noeud de démonstration du paquet ros2_control_demos. Dans nouveau Terminal (sans oublier de sourcer) :
```
ros2 launch ur_robot_driver test_scaled_joint_trajectory_controller.launch.py
```
Après quelques secondes le robot devrait bouger.
Pour tester un autre contrôleur, il suffit de l'ajouter en argument de la commande initial_joint_controller, par exemple en utilisant joint_trajectory_controller :
```
ros2 launch ur_robot_driver ur_control.launch.py ur_type:=ur5e robot_ip:=192.168.56.101 initial_joint_controller:=joint_trajectory_controller launch_rviz:=true
```
Et envoyer la commande avec le noeud de démo :
```
ros2 launch ur_robot_driver test_joint_trajectory_controller.launch.py
```
Après quelques secondes le robot devrait bouger (ou sauter si la simulation est utilisée).

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Auteur: Gauthier Hentz, sur le wiki de l'innovation de l'IUT de Haguenau

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